Циркуляционный насос

13.12.2012

Циркуляционный насос призван обеспечивать работоспособность систем отопления, поэтому он не может быть хорош сам по себе, он должен соответствовать той системе, в которой установлен. А это значит, при его выборе придется либо полностью доверится опыту специалистов, либо освоить некоторые азы — основные параметры систем отопления, которые особенно важны при выборе циркуляционного насоса. 
Выбор циркуляционного насоса
Основная задача циркуляционного насоса состоит в том, чтобы «протолкнуть» определенное количество воды через трубу за определенное время, преодолевая гидродинамическое сопротивление труб. Поэтому циркуляционный насос характеризуется, во-первых, объемной подачей, то есть скоростью перекачки воды, измеряемой в кубометрах в час, во-вторых, напором, который указывает, на какую высоту он способен поднять воду — измеряется в метрах. Зависимость напора от подачи приводится в описании любого насоса в виде графика, из которого можно судить о применимости данного насоса в выбранной вами системе отопления.
Подача
Если вы собрались организовать систему отопления в сельском доме или коттедже, то первое, что должны выбрать, — это котел с определенной тепловой мощностью. А уже к нему подобрать циркуляционный насос.
Расчет подачи циркуляционного насоса необходим для оптимизации теплового режима системы отопления. Это важно, поскольку в зависимости от того, как быстро вода «бегает» по трубам котел успевает больше или меньше передать тепла помещениям (а значит, больше или меньше остыть). Такая характеристика, как перепад температур во входном и выходном контурах, и определяется остыванием воды. Как правило, перепад температур составляет около 20 градусов, как того требует наш стандарт, но может иметь значение от 15 (как это принято в США и Канаде) до 30 градусов. Здесь стоит дать небольшое пояснение: в теплотехнике принято измерять температуру не в градусах Цельсия, а в Кельвинах (К). Шкалы отличаются друг от друга, однако при измерении разности температур над этим не стоит задумываться: 15 градусов Цельсия и 15 Кельвинов — одно и то же.
Задав тепловую мощность системы (то есть мощность котла) и перепад температур, можно определить необходимую объемную подачу по графику в техническом описании к насосу. Это не сложно — попробуйте сами: по вертикали отложена тепловая мощности, по горизонтали — искомая подача, а наклонные прямые — перепады температур. Выбрав на вертикальной оси значение тепловой мощности, проводите горизонтальную линию до пересечения с прямой перепада температур. Далее из точки пересечения проводите вертикальную прямую и получаете значение объемной подачи.
Возможны случаи, когда тепловая мощность системы неизвестна. Это не беда, ее можно легко оценить, исходя из площади отапливаемого помещения и удельного теплопотребления (то есть количества тепловой мощности, приходящейся на единицу отапливаемой площади). Обычно оно составляет примерно 100-150 Вт на кв.м.
Напор
Напор создается насосом для того, чтобы противодействовать гидродинамическим потерям в трубах и соединениях. Чтобы его правильно рассчитать, нужно определить потери, которые зависят от труб, по которым течет вода (чем больше диаметр труб, тем меньше трение), а также от ее скорости (чем больше скорость течения воды, тем меньше трение о стенки). Измеряются удельные потери в паскалях на метр (сто паскалей равны одному сантиметру водяного столба) и показывают, на сколько возрастет давление на отрезке трубопровода длиной в один метр. Итак, вы рассчитали потери в «прямой трубе». Теперь стоит учесть трение воды в различных узлах и деталях, обычно присутствующих в любом трубопроводе, — арматуре, фитингах и т.д. Чаще всего вклад дополнительных узлов можно считать примерно равным трети от потерь в трубах, поэтому просто увеличьте удельные потери на 30%.
Далее необходимо умножить удельные потери на длину трубопровода. Чтобы не ошибиться в вычислениях надо учесть, что длина трубопровода берется равной длине его наибольшей ветви (если, конечно, трубопровод ветвится). Ориентировочно же можно выбирать максимальное расстояние в пределах здания: сложить длину, ширину и высоту здания, а полученное значение удвоить.
Осталось учесть только отдельные элементы отопительной системы типа котла, смесителя, теплорегулирующего вентиля или тепломера. Точные значения потерь на каждом из элементов приведены в описании конкретного изделия, но приближенно падение давления имеет следующие значения:
котел — от 0,1 до 0,2 м;
смеситель — от 0,2 до 0,4 м; т
теплорегулирующий вентиль — от 0,5 до 1,0 м;
тепломер — от 1,0 до 1,5 м.
Наконец, зная полные потери, по графику можно получить искомое значение напора.
Теперь, взяв спецификацию любого насоса, по графику «напор-подача» определяется, подходит ли он для данной отопительной системы или нет.
Условные обозначения:
• UP — односкоростной циркуляционный насос
• UPS — трехскоростной циркуляционный насос
• UPE — циркуляционный насос с электронным регулированием
• ALPHA — ц. насосы для систем отопления с регулированием температуры в подающей линии (экономичный ночной режим)
• UPA — насос для домашнего водоснабжения
• UPSD — сдвоенные насосы
• CR, CRE, CRN, CHI, F, CHIU, DNM PN — многоступенчатые насосы высокого давления
• LP — насосы низкого давления
• JP — эжекторный самовсасывающий струйный насос
• MQ — компактная насосная станция для автоматического водоснабжения
• KP — грязевые погружные насосы из нержавеющей стали с поплявковым выключателем
• SQ — скважинные погружные насосы из нержавеющей стали лиаметром 3''
• SP — скважинные погружные насосы из нержавеющей стали диаметром 4''
Исполнения:
• А — с воздухоотделителем в корпусе
• В — бронзовый корпус
• N — Корпус из нержавеющей стали
• Как подобрать насос?

Во-первых

Отправной точкой при подборе циркуляционного насоса системы отопления является потребность здания в тепле, рассчитанная для наиболее холодного времени года. При профессиональном проектировании этот показатель определяют на компьютере. Ориентировочно его можно высчитать по площади обогреваемого помещения.

Согласно европейским стандартам на отопление 1 кв.м в доме с 1–2 квартирами необходимо 100 Вт, а для многоквартирных домов 70 Вт. Если состояние здания не отвечает нормативам, проектировщик берет в расчет более высокое удельное потребление тепла. Для жилых домов с улучшенной теплоизоляцией и производственных помещений требуется 30–50 Вт/кв.м.

В России подобные стандарты для домов с 1–2 квартирами пока не определены. СНиП 2.04.07-86* “Тепловые сети” рекомендует рассчитывать максимальный тепловой поток на отопление 1 кв.м общей площади жилых домов, строящихся с 1985 г. по новым типовым проектам, по следующим укрупненным показателям:

- для 1–2-этажных зданий – 173 Вт/кв.м при расчетной температуре наружного воздуха –25 град C и 177 Вт/кв.м при –30 град C;

- для 3–4-этажных зданий – соответственно 97 и 101 Вт/кв.м.

По СНиП 2.04.05-91* “Отопление, вентиляция и кондиционирование” расчетная температура наружного воздуха в Москве составляет –26 град C. Методом интерполяции получим, что в столице удельная тепловая потребность 1–2-этажных жилых домов равняется 173,8 Вт/кв.м, а 3–4-этажных – 97,8 Вт/кв.м.

Во-вторых

Определив потребление тепла (Q, Вт), следует перейти к расчету требуемой производительности насоса (подаче) по формуле:

G = Q/1,16 х DT (кг/ч), где:

DT – разница температур в подающем и обратном трубопроводе схемы отопления (в стандартных двухтрубных системах она составляет 20 град C; в низкотемпературных 10 град C; для теплых полов 5 град C);

1,16 – удельная теплоемкость воды (Вт*ч/кг*град C). Если используется другой теплоноситель, в формулу необходимо внести соответствующие коррективы.

Такую методику расчета предлагают заграничные проектировщики. В обязательном приложении к СНиП 2.04.05-91* приведена следующая формула:

G = 3,6 х *Q/(c х DT) (кг/ч), где:

c – удельная теплоемкость воды, равная 4,2 кДж/ кг*град C . Для пересчета полученной величины в куб.м/ч (как правило, именно эта единица измерения производительности насосов используется в технической документации) необходимо разделить ее на плотность воды при расчетной температуре; при 80 град C она составляет 971,8 кг/куб.м.

В третьих

Кроме необходимой подачи, насос должен обеспечивать давление (напор), достаточное для преодоления сопротивления трубопроводной сети. Для правильного выбора нужно определить потери в наиболее протяженной линии схемы (до самого дальнего радиатора).

При проектировании новой системы возможны точные расчеты с учетом сопротивления всех элементов нитки (труб, фитингов, арматуры и приборов); обычно необходимые сведения приводятся в паспортах на оборудование. Здесь можно использовать формулу:

H = (R х l + *Z)/p х g (м), где:

R – сопротивление в прямой трубе (Па/м);

l – длина трубопровода (м);

*Z – сопротивление фитингов и т. д. (Па);

p – плотность перекачиваемой среды (кг/куб.м);

g – ускорение свободного падения (м/кв.с).

В случаях с действующими теплопроводами подобные вычисления, как правило, невозможны. В таких ситуациях чаще всего пользуются приблизительными оценками.

Полученные опытным путем данные свидетельствуют, что сопротивление прямых участков трубы (R) составляет порядка 100–150 Па/м. Это соответствует необходимому напору насоса в 0,01–0,015 м на 1 м трубопровода. В расчетах нужно учитывать длину и подающей, и обратной линии.

Также на опыте было определено, что в фитингах и арматуре теряется около 30% от потерь в прямой трубе. Если в системе есть терморегулирующий вентиль, добавляется еще около 70%. На трехходовой смеситель в узле управления всей системой отопления или устройство, предотвращающее естественную циркуляцию, приходится 20%.

Cпециалисты из фирмы Wilo Э. Бушер и К. Вальтер рекомендуют следующую формулу примерного расчета напора (в метрах):

H = R х l х ZF, где

ZF – коэффициент запаса.

Если установка не оснащена ни терморегулирующим вентилем, ни смесителем, ZF = 1,3; для контура с терморегулирующим вентилем ZF = 1,3 х 1,7 = 2,2; когда система включает оба прибора ZF = 1,3 х 1,7 х 1,2 = 2,6.
В заключение
Определив так называемую рабочую точку “циркуляционника” (напор и подачу), остается подобрать в каталогах насос с близкой характеристикой. По производительности (Q) рабочая точка должна попадать в среднюю треть диаграммы (рис. 1).
Нельзя забывать, что рассчитанные параметры необходимы для действия системы при максимальной нагрузке. Такие условия встречаются крайне редко, наибольшую часть отопительного сезона потребность в тепле не так велика. Поэтому, если есть сомнения, всегда нужно выбирать меньший насос. Это позволяет не только сэкономить при его покупке, но и снизить в дальнейшем расходы на электроэнегию.
Пример в качестве проверки
Правильность расчетов по представленной методике можно проверить, сравнив их результаты с итогами точных вычислений в реальном проекте, выполненном в соответствии со СНиП.
По заданию требовалось расчитать циркуляционный насос для двухтрубной системы отопления с поэтажной разводкой трубопроводов от коллектора. Предварительно было определено, что потребность здания в тепле составляет 45,6 кВт, необходимый для отопления расход теплоносителя 2,02 куб.м/ч. Схема трубопроводов до самого отдаленного радиатора включает четыре участка и теплорегулирующий вентиль.
Суммарные потери давления в них равняются:

DP = 0,63 + 0,111 + 0,142 + 0,289 = 1,178 м

Согласно СНиП 2.04.05-91*, на неучтенные потери давления к этой величине следует добавить 10%:

DP = 1,178 х 1,1 = 1,296 м

Таким образом, “циркуляционник” для данной системы должен обеспечивать подачу 2,02 куб.м/ч теплоносителя и напор в 1,3 м. Этим условиям отвечает насос HZ 401 (Deutsche Vortex) или UPS 25-40 (Grundfos).
При расчетах по методике, изложенной в статье, получаем:
H = 0,015 х (3,2 + 4,4 + 8,9 + 21,7) х 1,3 х 1,7 = 1,266 м,
что не слишком отличается от величины, полученной ранее.
В дополнение
Опираясь на данную методику, некоторые производители насосов разрабатывают и более удобные и точные способы подбора оборудования. В частности, можно порекомендовать читателям диаграммы, представленные в каталоге “Бессальниковые циркуляционные насосы” фирмы Grundfos.

Комментарии

Пока нет комментариев

Написать комментарий